立式加工中心空间误差验证及补偿

为提高某立式加工中心整机加工精度,借助旋量理论建立完备立式加工中心空间误差模型,在此基础上实现机床空间误差有效补偿.以旋量理论为基础推导并建立机床刀具运动链与工件运动链运动学正解,分析机床21项几何误差原理,在考虑21项几何误差的基础上建立该立式加工中心完备空间误差模型;利用九线法完成各项几何误差辨识;基于旋量运动学正解求解机床运动学逆解后得出运动轴实际运动路径,并通过体对角线实验对比补偿前后的效果.结果表明:所提补偿方法补偿效果显著,验证了机床空间误差模型的准确性,实现了提高机床加工精度的目的.     

基于激光跟踪仪的数控机床空间误差测量及补偿

为了改变机床空间误差综合性的测量手段和补偿技术在国内机床制造和生产中应用较少的现状和研究数控机床空间精度提升方法，介绍数控机床平动轴的21项误差和激光跟踪仪的空间误差测试原理，阐述测量与辨识机床空间误差的步骤和方法。在桥式五轴加工中心上进行空间误差测试，给出数控机床空间误差结果，并生成误差补偿文件，通过西门子的VCS功能进行了误差补偿。并对比分析了补偿前后的21项误差，对补偿前后数据的差异进行原因分析，并通过对机床空间体对角线的测量验证了空间误差测量与补偿的实际效果，补偿后误差缩小为原来的11.2%,应用该技术能够大大提高机床的空间精度。     

数控机床平动轴误差辨识及补偿研究

为了大幅提升数控机床平动轴的运动精度,从而满足当代数控系统对其高精度的要求,针对机床平动轴的空间几何误差开展了深入研究,提出了可以有效辨识平动轴空间几何误差的便捷方法,并基于齐次坐标变换原理建立了平动轴空间几何误差的辨识模型;针对机床平动轴定位误差的特性,提出了可以实现有效补偿的增量式误差补偿原理,并建立了相应的误差补偿模型。经验证,所提出的平动轴误差辨识法和增量式误差补偿原理不仅理论正确,而且可以大幅地提高机床平动轴的定位精度。     

车铣复合机床回转轴精度检测和误差补偿分析

介绍自行研发的车铣复合机床,分析机床的误差源和提高机床加工精度的方法,并且通过Renishaw ML10激光干涉仪和RX10旋转轴校准器系统对车铣复合机床B轴位置精度进行了检测,根据检测结果进行误差补偿研究和实验验证。实验结果表明补偿后B轴位置精度可满足车铣复合机床的加工精度要求。     

五轴数控机床旋转轴误差辨识方法研究进展

随着五轴联动数控机床在先进制造行业的地位越来越重要,机床空间定位精度显得尤为重要。旋转轴误差辨识和补偿是提高零件加工质量的一大重要指标。分析和比较近年来国内外基于球杆仪和R-test装置的五轴机床旋转轴误差辨识方法的主要特点,总结了旋转轴误差在不同定义下的辨识方法,从方法的可靠性、精度指标以及可行性等方面来综述该方法对五轴数控机床的应用价值。根据辨识原理的不足,系统性地指出了目前五轴数控机床旋转轴误差辨识存在的主要问题,并对未来的进一步研究提出了建议,为五轴数控机床旋转轴误差辨识方法提供了参考。     

精密卧式加工中心空间误差的建模、测量与补偿技术

采用空间误差补偿技术,可有效提高数控机床的空间定位精度。以一台精密卧式加工中心为对象,系统阐述其几何误差补偿中的关键问题及解决方案。通过三维误差建模与分析,得到该机床的21项几何误差中有17项需要测量和补偿,另外4项误差对机床定位精度的影响甚微。以此为依据,设计误差测量及补偿方案,并给出误差的具体测量方法和补偿结果。结果表明:经过一次系统地误差测量与补偿,精密卧式加工中心的空间定位精度可以提高50%～70%;合理规划和实施空间误差测量,可大幅提高测量效率。     

车铣复合数控机床几何误差补偿技术的研究

研究车铣复合数控机床存在的几何误差问题。根据车铣复合数控加工中心的结构特点,以多体系统运动学理论为基础,采用低序体阵列描述车铣复合加工中心的拓扑结构,分别建立了车铣复合数控机床的车削模式和铣削模式的精密加工方程,并设计误差补偿软件和进行仿真试验。实验结果表明:运用多体系统运动学理论建立的车铣复合数控加工中心几何运动误差模型是正确的;软件误差补偿提高了车铣复合数控加工中心的加工精度,效果明显。     

三轴数控机床静态精度设计研究进展

国内三轴数控机床存在精度低和可靠性差的问题,而机床精度和可靠性可通过合理的静态精度设计方法得以保证.机床静态精度设计方法包括加工精度稳健设计方法和静态几何精度设计方法,针对两种精度设计方法的衔接合理性和工程应用实用性低的问题,在深入调研机床静态精度设计研究成果的基础上,从机床空间误差建模、平动轴几何误差元素辨识、关键几何误差元素溯源和加工精度稳健设计以及静态几何精度设计这5个关键问题着手,分别给出具体的解决方法,并形成一套完整的三轴数控机床静态精度设计系统实施方案,为完善机床几何精度设计和静态几何精度设计提供了参考.     

多轴数控机床转台定位误差分析与补偿

旋转轴是多轴数控机床关键性部件,其精度对机床精度影响巨大。分析转台常见安装误差对数控机床精度的影响,利用激光干涉仪对转台定位精度进行高密度的测量,通过优选误差点,确定少数补偿点进行补偿。补偿实验结果表明:关于数控机床转台安装误差对定位精度影响的理论分析正确,采用优选补偿点的补偿方法能有效消除转台安装误差的影响,数控机床转台定位精度明显提高。     

基于多体系统理论的五轴加工中心综合空间误差建模及补偿

基于多体系统运动学理论和齐次变换矩阵的应用,结合C-A双摆五轴加工中心,建立了该机床的综合空间误差模型。基于该模型,推导出数控指令的补偿修正算法并开发出了几何误差补偿软件,最后进行测量与补偿试验。试验结果表明：针对C-A双摆五轴加工中心的建模方法可靠,采用的补偿方式有效,实现了误差补偿的目的。     

基于空间样条曲线的数控五轴机床误差辨识研究

在划分球杆仪空间误差辨识区域的基础上,基于NUBRS空间样条曲线生成辨识轨迹。分析球杆仪空间辨识原理,并依据此原理建立适用于NUBRS空间曲线的误差辨识模型,该模型包含18个误差因素。依据五轴机床多体运动学的分析结果,提出了一种空间误差辨识方法。通过激光干涉仪的测量及误差补偿,在消除9项空间位移误差的基础上,使用生成的NURBS曲线对剩余9项角度误差因素进行辨识。经实验验证,在进行NUBRS曲线修正后,该方法可有效辨识出3个坐标系中的18项误差因素。     

An improved genetic algorithm for planar and spatial straightness error evaluation

The measurement data obtained from the Coordinate Measuring Machines (CMMs) have to be further processed and analyzed to evaluate the form errors of manufactured components. An improved genetic algorithm (GA) is proposed to implement the minimum zone evaluation of planar and spatial straightness errors simultaneously. The algorithm employs the generation alternation model based Minimal Generation Gap (MGP) and blend crossover operators (BLX-α). Compared to traditional GAs, it is efficient and robust. Then, the objective function calculation approaches of planar and spatial straightness error are developed, which directly originate from the definition of minimum zone solution and conform to the ISO standard. Finally, the experimental results evaluated by different methods confirm the effectiveness of the proposed GA. Compared to conventional evaluation methods; it has the advantages of algorithm simplicity and good flexibility. Also it is a unified approach for other form error evaluations and is well suited for the form error evaluation on CMMs.     

基于数控指令修正的数控内圆磨床几何误差补偿

为减小各几何误差对机床加工精度的影响、提高机床加工精度,以数控精密内圆磨床为研究对象,基于多体系统理论及齐次坐标变换原理,得到磨床的空间运动误差模型,建立几何误差与运动位置之间的映射关系。对加工补偿点的确定方法及数控指令修改方法进行研究,得到精密加工数控指令;通过软件进行阶梯轴试件的加工仿真验证,分别得到补偿前后的数控指令,并选取5个补偿点;补偿前后到理想位置的空间误差分别从0.616、0.607、0.614、0.295、0.376 cm减小到0.354、0.398、0.376、0.188、0.255 cm,分别减小42.5%、34.4%、38.6%、36.3%、32.1%。结果表明：通过修改数控指令能够提高机床加工精度。     

端铣加工面尺寸误差预测

为了精确预测端铣加工面尺寸误差,利用铣削动态力卷积模型,引入表面生成窗概念,并考虑到工件与刀具的变形误差、机床空间误差与刀具偏摆的影响,建立了加工面尺寸误差预测模型。通过在铣床上进行实验,验证了该模型能够正确预测工件尺寸误差及其分布范围,且在铣刀轴向切深、主轴转速和进给速度一定的情况下,增加径向切深不会对工件尺寸误差产生显著影响。     

立式加工中心关键几何误差判定与量化验证

针对现阶段机床空间误差模型不完整且传统灵敏度分析存在局限性,导致其关键几何误差溯源不准确,以及关键几何误差判定结果难以量化验证的问题,以某立式加工中心为研究对象,提出一种机床关键几何误差判定与量化验证方法。以旋量理论为基础,研究某立式加工中心空间误差建模,以输出机床完整空间误差模型;在此基础上,以基于传统局部灵敏度分析为基础,利用误差贡献度因子判定机床关键几何误差;借助数值模拟实验对判定结果进行量化验证。结果表明：相较于传统灵敏度分析结果,利用误差贡献度因子判定关键几何误差的结果更准确;基于误差贡献度因子的判定结果,不仅能量化几何误差相对机床空间误差的影响程度,同时可为机床部件制造精度设计提供理论参考。     

加工过程中各类误差项对圆柱零件的影响研究

车削加工中,分析了影响被加工零件的误差源,然后利用齐次坐标变换原理建立各种原始制造误差的数学模型,利用差分法计算被加工零件受力变形引起的加工误差,得出车削过程中各项误差对被加工圆柱零件的影响,并以实例说明加以验证。     

主轴动态精度测试与分析

主轴动态误差对加工精度有至关重要的影响,针对主轴动态误差进行了试验与分析。介绍了主轴动态误差的概念,采用主轴动态误差分析仪对主轴动态误差进行了采集,采集的数据包括主轴径向平均误差、径向异步误差、轴向平均误差、轴向异步误差以及轴向最小间隙。对某型号同类型三台立式加工中心分别进行了多转速情况下的测量,对比并分析了三台立式加工中心的测量结果。在转速为7 500 r/min时,三台立式加工中心径向异步误差分别为70、15、15μm;在转速升至6 000 r/min之后主轴最小径向间隙均有较大提升。试验结果表明:主轴动态精度受到机床工况和转速共同影响;在高速转动情况下,主轴径向最小间隙增大明显;加工时要根据工况合理安排转速,以保证加工质量。     

基于球杆仪的数控机床误差识别与补偿

论述了数控机床几何误差的球杆仪识别及软件补偿技术。提出了从Renishaw球杆仪测量数控机床的联动误差数据中识别反向间隙、直线度、垂直度、定位误差的一种方法;建立了机床结构的每个误差元和切削刀具相对工件位置误差相联系的通用数学模型;用球杆仪在数控机床上进行补偿前后加工轨迹的测量实验表明该方法效率高、效果显著。     

数控机床加工精度提高技术的进展及其存在的问题

数控技术和数控机床的诞生开创了控制和生产领域的新时代,给机械制造业带来了一次新的技术革命。数控机床技术的迅速进步大大推进了精密、超精密加工技术的发展,使加工精度提高到了一个新的台阶,提高数控机床精度的研究也得到了极大的重视。从误差防止和误差补偿两个方面,介绍了国内外关于提高数控机床精度的研究现状,指出了具有广泛应用前景的误差补偿这项实用技术之所以难以在国内数控机床行业普及和使用所存在的核心问题。最后根据企业实际情况提出开展误差补偿技术应用研究的必要性和主要研究内容。     

Relationships between straightness and angular kinematic errors in machines

The software compensation approach for the improvement of machine tool and coordinate measuring machine accuracy depend to some extent on machine error modelling and measurement methodologies. The currently established methodology is based on the derivation of tool position error (for machine tools) or stylus tip position error (for coordinate measuring machines) by the combination of individual axis joint kinematic error parameters. The purpose of this paper is to propose a machine error analysis based on error classification. This taxonomic approach forms a conceptual basis for an analysis of machine errors with a deeper understanding of error mechanisms at more fundamental levels. The relevance of this approach is investigated through the case study of the coupling mechanism between joint kinematic angular and straightness errors of machine linear axes. The limitations of the joint kinematic straightness and angular error modelling based on purely abstract mathematical dependence principles are explored through simulations and experiments.